弹性波装置及其制造方法与流程

技术领域

本发明涉及用于谐振器或带通滤波器等的弹性波装置及其制造方法，更具体而言，涉及具有在支撑基板与压电体层之间层叠有其他材料的构造的弹性波装置及其制造方法。

背景技术：

以往以来，作为谐振器或带通滤波器，广泛应用了弹性波装置，近年，谋求了高频化。在下述的专利文献1，公开了在电介质基板上将硬质电介质层、压电膜以及IDT电极按照该顺序进行层叠而成的弹性表面波装置。在该弹性表面波装置中，通过将硬质电介质层配置于电介质基板与压电膜之间，谋求了弹性表面波的高声速化。由此，弹性表面波装置的高频化成为可能。

此外，在专利文献1中，还公开了在上述硬质电介质层与压电膜之间设置了等电位层的构造。等电位层由金属或半导体构成。等电位层是为了对压电膜与硬质电介质层的界面上的电位进行等电位化而设置的。

先行技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2004-282232

发明的概要

发明要解决的课题

在专利文献1记载的弹性表面波装置中，通过硬质电介质层的形成来谋求了高声速化。然而，由于传播损耗不少而存在，不能将弹性表面波有效地封入压电薄膜中，因此存在弹性表面波装置的能量泄漏至电介质基板、故而不能提高Q值的问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于，提供Q值高的弹性波装置及其制造方法。

用于解决课题的手段

本发明所涉及的具有压电膜的弹性波装置具备：高声速支撑基板，其传播的体波(bulk wave)声速比在压电膜进行传播的弹性波声速高；低声速膜，其层叠于高声速支撑基板上，且传播的体波声速比在压电膜进行传播的体波声速低；压电膜，其层叠于低声速膜上；以及IDT电极，其形成于压电膜的一面。

本发明所涉及的具有压电膜的弹性波装置，其中，在压电膜进行传播的弹性波的能量的一部分分布在低声速膜以及高声速支撑基板中。

本发明所涉及的具有压电膜的弹性波装置具备：支撑基板；高声速膜，其形成于所述支撑基板上，且传播的体波声速比在所述压电膜进行传播的弹性波声速高；低声速膜，其层叠于所述高声速膜上，且传播的体波声速比在所述压电膜进行传播的体波声速低；所述压电膜，其层叠于所述低声速膜上；以及IDT电极，其形成于所述压电膜的一面。

本发明所涉及的具有压电膜的弹性波装置，其中，在压电膜进行传播的弹性波的能量的一部分分布在低声速膜以及高声速膜中。

在本发明所涉及的弹性波装置的某特定的局面中，上述低声速膜由氧化硅、或者以氧化硅为主成分的膜构成。在此情况下，能减小频率温度系数TCF的绝对值。另外，能增大机电耦合系数，能扩大相对带宽。即，能同时实现温度特性的改善、以及相对带宽的扩大。

在本发明所涉及的弹性波装置的另一特定的局面中，在将以IDT电极的电极周期所确定的弹性波的波长设为λ时，所述压电膜的膜厚被设为1.5λ以下。在此情况下，通过将压电膜的膜厚选择为1.5λ以下的范围内，能容易地调整机电耦合系数。

在本发明所涉及的弹性波装置的另一特定的局面中，在将以IDT电极的电极周期所确定的弹性波的波长设为λ时，所述压电膜的膜厚被设为0.05λ～0.5λ的范围，由此，能以宽的范围来容易地调整机电耦合系数。

在本发明所涉及的弹性波装置的另一特定的局面中，在将以IDT电极的电极周期所确定的弹性波的波长设为λ时，所述低声速膜的膜厚为2λ以下。在此情况下，通过将低声速膜的膜厚选择为2λ以下的范围内，能容易地调整机电耦合系数。另外，将降低因低声速膜的膜应力所造成的弹性波装置的翘曲。因此，能提供不仅能提高设计的自由度而且易于处理的高质量的弹性波装置。

在本发明所涉及的弹性波装置的又一特定的局面中，所述压电膜由欧拉角(0±5°，θ，Ψ)的单晶钽酸锂构成，欧拉角(0±5°，θ，Ψ)位于图17所示的多个区域R1当中的任一区域的范围内。在此情况下，能将弹性波当中的SH成分的机电耦合系数设为2％以上。因此，能充分提高机电耦合系数。

在本发明所涉及的弹性波装置的又一特定的局面中，所述压电膜由欧拉角(0±5°，θ，Ψ)的单晶钽酸锂构成，欧拉角(0±5°，θ，Ψ)位于图18所示的多个区域R2当中的任一区域的范围内。在此情况下，能提高进行使用的SH成分的机电耦合系数，有效地抑制成为寄生的SV波。

在本发明所涉及的弹性波装置的又一特定的局面中，所述支撑基板的线膨胀系数小于所述压电膜的线膨胀系数。在此情况下，能更进一步改善温度特性。

在本发明所涉及的弹性波装置的又一特定的局面中，所述低声速膜的固有声阻抗小于所述压电膜的固有声阻抗。在此情况下，能进一步扩大相对带宽。

在本发明所涉及的弹性波装置的另一特定的局面中，在所述压电膜以及所述IDT电极之上形成有电介质膜，弹性表面波在所述压电膜进行传播。

在本发明所涉及的弹性波装置的又一特定的局面中，在所述压电膜以及所述IDT电极之上形成有电介质膜，弹性边界波在所述压电膜与所述电介质膜的边界传播。

在本发明所涉及的弹性波装置的另一特定的局面中，在所述压电膜以及所述低声速膜以及所述高声速膜以及所述支撑基板的至少1个边界，形成有粘合层、基底膜、低声速层以及高声速层当中的至少1层。

本发明所涉及的弹性波装置的制造方法具备：准备支撑基板的工序；在所述支撑基板上形成进行传播的体波声速比在压电体传播的弹性波声速高的高声速膜的工序；在所述高声速膜上形成进行传播的体波声速比在压电体传播的体波声速低的低声速膜的工序；在所述低声速膜上形成压电体层的工序；以及在所述压电体层的一面形成IDT电极的工序。

在本发明所涉及的弹性波装置的制造方法的某特定的局面中，在支撑基板上形成高声速膜、低声速膜以及压电体层的工序具备下述的(a)～(e)的工序。

(a)从厚度比所述压电体层更厚的压电基板的一面进行离子注入的工序。

(b)在进行了所述离子注入的压电基板的所述一面形成低声速膜的工序。

(c)在所述低声速膜的与所述压电基板为相反侧的面形成高声速膜的工序。

(d)在所述高声速膜的与层叠所述低声速膜的一侧的面为相反侧的面接合支撑基板的工序。

(e)一边加热所述压电基板，一边在所述压电基板的注入离子浓度最高的高浓度离子注入部分将压电膜与剩余的压电基板部分进行分离，使压电膜残存于所述低声速膜侧的工序。

在本发明所涉及的弹性波装置的制造方法的又一特定的局面中，还具备：在分离出所述剩余的压电基板部分后，对层叠于所述低声速膜上的所述压电膜进行加热，使压电性恢复的工序。在此情况下，由于能通过加热来使压电膜的压电性恢复，因此能提供良好特性的弹性波装置。

在本发明所涉及的弹性波装置的制造方法的又一特定的局面中，还具备：在接合所述支撑基板之前，对所述高声速膜的与所述低声速膜为相反侧的面进行镜面加工的工序。在此情况下，能强化高声速膜与支撑基板的接合。

发明效果

在本发明所涉及的弹性波装置中，由于在支撑基板与压电膜之间配置了高声速膜以及低声速膜，因此能提高Q值。因此，能提供具有高的Q值的弹性波装置。

另外，根据本发明所涉及的制造方法，能提供Q值高的本发明的弹性波装置。

附图说明

图1(a)是本发明的第1实施方式所涉及的弹性表面波装置的示意的正面截面图，图1(b)是表示其电极构造的示意的俯视图。

图2是表示第1实施方式、第1比较例以及第2比较例的弹性表面波装置的阻抗特性的图。

图3是表示第1实施方式、第1比较例以及第2比较例的弹性表面波装置的史密斯阻抗圆图的图。

图4(a)以及图4(b)是表示本发明的第1实施方式的弹性表面波装置中的、A1N的膜厚和能量的集中的状况所涉及的、IDT电极部分的仿真结果的图。

图5是表示通过FEM来对第1实施方式的弹性表面波装置以及第1以及第2比较例的弹性表面波装置的阻抗特性进行仿真的结果的图。

图6是表示通过FEM来对第1实施方式以及第1、第2比较例的弹性表面波装置中的Q值与频率的关系进行仿真的结果的图。

图7是表示本发明的弹性表面波装置中的由LiTaO₃构成的压电膜的膜厚、声速、以及由SiO₂构成的低声速膜的归一化膜厚的关系的图。

图8是表示本发明的弹性表面波装置中的由LiTaO₃构成的压电膜的膜厚、由SiO₂构成的低声速膜的归一化膜厚、以及机电耦合系数的关系的图。

图9是表示本发明的弹性表面波装置中的由LiTaO₃构成的压电膜的膜厚、由SiO₂构成的低声速膜的归一化膜厚、以及TCV的关系的图。

图10是表示本发明的弹性表面波装置中的由LiTaO₃构成的压电膜的膜厚、由SiO₂构成的低声速膜的归一化膜厚、以及相对带宽的关系的图。

图11是表示第3比较例～第5比较例的弹性表面波装置中的相对带宽BW与TCF的关系的图。

图12是表示本发明的第1实施方式的弹性表面波装置中的相对带宽和频率温度系数TCV、以及由SiO₂构成的低声速膜的归一化膜厚的关系的图。

图13是表示本发明的第2实施方式的弹性表面波装置中的由LiTaO₃构成的压电膜的厚度、谐振点上的声速以及反谐振点上的声速的关系的图。

图14是表示本发明的第2实施方式的弹性表面波装置中的由LiTaO₃构成的压电膜的厚度、与相对带宽的关系的图。

图15是表示本发明的第3实施方式的弹性表面波装置中的SiO₂膜的归一化膜厚、与高声速膜的材质的关系的图。

图16是表示本发明的第3实施方式的弹性表面波装置中的SiO₂膜的归一化膜厚、机电耦合系数、以及高声速膜的材质的关系的图。

图17是表示在本发明的第4实施方式的弹性表面波装置中的欧拉角(0±5°，θ，Ψ)的LiTaO₃膜中，以U2(SH)模式为主成分的弹性表面波模式的机电耦合系数为2％以上的多个区域R1的图。

图18是表示在本发明的第5实施方式的弹性表面波装置中的欧拉角(0±5°，θ，Ψ)的LiTaO₃膜中，以U2模式为主成分的弹性表面波模式的机电耦合系数为2％以上、且以成为寄生的U3(SV)模式为主成分的弹性表面波模式的机电耦合系数成为1％以下的多个区域R2的图。

图19(a)～图19(c)是表示本发明的第6实施方式的弹性表面波装置中的、低声速膜的固有声阻抗与相对带宽的关系的图。

图20(a)～图20(c)是表示本发明的第6实施方式的弹性表面波装置中的、低声速膜的固有声阻抗与弹性表面波的声速的关系的图。

图21(a)～图21(e)是用于说明本发明的第1实施方式的弹性表面波装置的制造方法的各正面截面图。

图22(a)～图22(c)是用于说明本发明的第1实施方式的弹性表面波装置的制造方法的各正面截面图。

图23是本发明的第7实施方式所涉及的弹性表面波装置的示意的正面截面图。

图24是本发明的第8实施方式所涉及的弹性表面波装置的示意的正面截面图。

图25是本发明的第9实施方式所涉及的弹性表面波装置的示意的正面截面图。

图26是表示在使本发明的第10实施方式的弹性表面波装置中的压电薄膜的厚度发生变化了的情况下的SiO₂膜的膜厚与Q_max值的关系的图。

图27是作为本发明的第11实施方式的弹性表面波装置的示意的正面截面图。

图28是本发明的第12实施方式所涉及的弹性边界波装置的示意的正面截面图。

图29是本发明的第13实施方式所涉及的弹性边界波装置的示意的正面截面图。

具体实施方式

以下，通过参照附图来说明本发明的具体实施方式，从而使本发明明确。

图1(a)是作为本发明的第1实施方式的弹性表面波装置的示意的正面截面图。

弹性表面波装置1具有支撑基板2。在支撑基板2上，层叠有声速相对高的高声速膜3。在高声速膜3上，层叠有声速相对低的低声速膜4。另外，在低声速膜4上层叠有压电膜5。在该压电膜5的上表面层叠有IDT电极6。此外，也可以在压电膜5的下表面层叠IDT电极6。

上述支撑基板2只要能支撑具有高声速膜3、低声速膜4、压电膜5以及IDT电极6的层叠构造，就能通过适当的材料来构成。作为这样的材料，能使用蓝宝石、钽酸锂、铌酸锂、水晶等的压电体、矾土、镁砂、氮化硅、氮化铝、碳化硅、氧化锆、堇青石、莫来石、滑石、镁橄榄石等的各种陶瓷、玻璃等的电介质或硅、氮化镓等的半导体以及树脂基板等。在本实施方式中，支撑基板2由玻璃构成。

上述高声速膜3发挥将弹性表面波封入层叠有压电膜5以及低声速膜4的部分以使不泄漏至比高声速膜3更靠下的构造的功能。在本实施方式中，高声速膜3由氮化铝构成。然而，只要能封住上述弹性波即可，能使用氮化铝、氧化铝、碳化硅、氮化硅、氮氧化硅、DLC膜或金刚石、以所述材料为主成分的媒质、以所述材料的混合物为主成分的媒质等的各种高声速材料。要将弹性表面波封入层叠有压电膜5以及低声速膜4的部分，期望高声速膜3的膜厚越厚越好，期望为弹性表面波波长λ的0.5倍以上，进一步为1.5倍以上。

此外，在本说明书中，高声速膜是指，较之于在压电膜5传播的表面波或边界波的弹性波，该高声速膜中的体波的声速为高速的膜。另外，低声速膜是指，较之于在压电膜5传播的体波，该低声速膜中的体波的声速为低速的膜。另外，尽管从某构造上的IDT电极激发声速各自不同的模式的弹性波，但在压电膜5传播的弹性波表示用于得到滤波器或谐振器的特性而利用的特定的模式的弹性波。决定上述体波声速的体波模式是根据在压电膜5传播的弹性波的使用模式而定义的。在高声速膜3以及低声速膜4关于体波的传播方向呈各向同性的情况下，如下述的表1所示。即，相对于下述的表1的左轴的弹性波的主模式，通过下述的表1的右轴的体波的模式来决定上述高声速以及低声速。P波是纵波，S波是横波。

此外，在下述的表1中，U1表示以P波为主成分的弹性波，U2表示以SH波为主成分的弹性波，U3表示以SV波为主成分的弹性波。

[表1]

压电膜的弹性波模式与电介质膜的体波模式的对应(电介质膜为各向同性材质的情况)

上述低声速膜4以及高声速膜3在体波的传播性中呈各向异性的情况下，如下述的表2所示，来决定用于确定高声速以及低声速的体波的模式。此外，在体波的模式当中，将SH波和比SV波更慢的波称为慢的横波，将比SV波更快的波称为快的横波。哪一个将成为慢的横波则根据材料的各向异性而不同。在旋转Y切割附近的LiTaO₃或LiNbO₃中，体波当中SV波成为慢的横波，SH波成为快的横波。

[表2]

压电膜的弹性波模式与电介质膜的体波模式的对应(电介质膜为各向异性材质的情况)

在本实施方式中，上述低声速膜4由氧化硅构成，其膜厚在将以IDT电极的电极周期所确定的弹性波的波长设为λ时，为0.35λ。

作为构成上述低声速膜4的材料，能使用具有体波声速比在压电膜5传播的体波更低声速的适当的材料。作为这样的材料，能使用氧化硅、玻璃、氮氧化硅、氧化钽、或者在氧化硅添加了氟或碳或硼而成的化合物等、以所述材料为主成分的媒质。

上述低声速膜以及高声速膜由能实现通过上述所决定的高声速以及低声速的适当的电介质材料构成。

压电膜5在本实施方式中由38.5°Y切割的LiTaO₃即欧拉角(0°，128.5°，0°)的LiTaO₃构成，膜厚在将以IDT电极6的电极周期所确定的弹性表面波的波长设为λ时为0.25λ。而压电膜5既可以通过其他的切割角的LiTaO₃来形成，或者也可以通过LiTaO₃以外的压电单结晶来形成。

IDT电极6在本实施方式中由Al构成。而IDT电极6能通过Al、Cu、Pt、Au、Ag、Ti、Ni、Cr、Mo、W或以这些金属的任一种为主体的合金等的适当的金属材料来形成。另外，IDT电极6可以具有将这些金属或者合金所组成的多个金属膜进行了层叠的构造。

尽管在图1(a)中略图表示，但在压电膜5上形成有图1(b)所示的电极构造。即，形成有IDT电极6、以及配置于IDT电极6的弹性表面波电极方向两侧的反射器7、8。如此构成了单端口型弹性表面波谐振器。但本发明中的包含IDT电极的电极构造不特别限定，能变形为构成适当的谐振器或组合了谐振器的梯形滤波器、纵耦合滤波器、莱迪思型滤波器、横向滤波器。

本实施方式的弹性表面波装置1的特征在于，层叠有上述高声速膜3、低声速膜4以及压电膜5。由此能谋求Q值的增大。该理由如下。

现有技术中，公知通过在压电基板的下表面配置高声速膜，使弹性表面波的一部分能量分布在高声速膜中的同时进行传播，因此能谋求弹性表面波的高声速化。

与此相对，在本发明中，由于在上述高声速膜3与压电膜5之间配置了上述低声速膜4，因此弹性波的声速下降。弹性波本质上使其能量集中于低声速的媒质。因此，能提高将弹性波能量封闭至压电膜5内以及激发了弹性波的IDT内的效果。故而，较之于未设置低声速膜4的情况，根据本实施方式，能降低损耗，提高Q值。另外，高声速膜3发挥将弹性波封入层叠了压电膜5以及低声速膜4的部分以使不泄漏至比高声速膜3更靠下的构造这样的功能。即，在本申请的构造中，为了得到滤波器或谐振器的特性而利用的特定的模式的弹性波的能量分布于压电膜5以及低声速膜4的整体，还分布于高声速膜3的低声速膜侧的一部分，不分布于支撑基板2。通过高声速膜来封闭弹性波的机制是与在作为非泄漏的SH波的拉夫波型的表面波的情况下同样的机制，例如，记载在文献《弹性表面波设备仿真技术入门》，桥本研也，リアライズ社(Realize出版社)，P90-P91中。所述机制与利用了基于音响多层膜的布拉格反射器的封闭机制不同。

此外，在本实施方式中，低声速膜4由氧化硅构成，因此能改善温度特性。LiTaO₃的弹性常数具有负的温度特性，氧化硅具有正的温度特性。因此，在弹性表面波装置1中，能减小TCF的绝对值。此外，氧化硅的固有声阻抗小于LiTaO₃的固有声阻抗。因此，能谋求机电耦合系数的增大即相对带宽的扩大、以及频率温度特性的改善这两者。

进而，通过对压电膜5的厚度以及高声速膜3以及低声速膜4的厚度进行调整，如后所述，能在宽的范围内调整机电耦合系数。因此，能提高设计的自由度。

接下来，说明上述实施方式的弹性表面波装置的具体的实验例，以使上述实施方式的作用效果明确。

制作了上述第1实施方式的弹性表面波装置1、以及下述的第1以及第2比较例的弹性表面波装置。

第1实施方式：从上起依次是Al电极(厚度0.08λ)/38.5°Y切割的LiTaO₃薄膜(厚度0.25λ)/氧化硅膜(厚度0.35λ)/氮化铝膜(1.5λ)/玻璃构成的支撑基板。

第1比较例：从上起依次是由Al构成的电极(厚度0.08λ)/38.5°Y切割的LiTaO₃基板。在第1比较例中，在厚度350μm的LiTaO₃基板上形成了由上述Al构成的电极。

第2比较例：从上起依次是Al电极(厚度0.08λ)/38.5°Y切割的LiTaO₃膜的厚度0.5λ/氮化铝膜(厚度1.5λ)/玻璃构成的支撑基板。

此外，在第1实施方式以及第1以及第2比较例的弹性表面波装置中，电极设为图1(b)所示的单端口型弹性表面波谐振器构造的电极。另外，以IDT电极的电极周期所确定的弹性表面波的波长λ设为2μm。在上述38.5°Y切割LiTaO₃进行传播的弹性表面波的主模式是U2模式，声速约为3950m/秒。另外，在旋转Y切割的LiTaO₃进行传播的体波的声速只要在Y切割上，就不依赖于旋转的角度而保持恒定，SV体波(慢的横波)为3367m/秒，SH体波(快的横波)为4212m/秒。另外，第1实施方式以及第2比较例中的氮化铝膜是各向同性膜，氮化铝膜中的体波(S波)的声速为6000m/秒。另外，第1实施方式中制作的作为低声速膜4的氧化硅膜是各向同性膜，氧化硅中的体波(S波)的声速为3750m/秒。因此，在压电体进行传播的表面波的主模式是U2模式，因此满足以下的条件。(1)高声速膜的体波(S波)声速：6000m/秒＞表面波的主要的模式(U2)的声速：3950m/秒，且(2)在低声速膜的体波(S波)声速：3750m/秒＜在压电膜进行传播的体波(SH)声速：4212m/秒。

图2示出上述第1实施方式、第1以及第2比较例的弹性表面波装置的阻抗频率特性，图3示出史密斯阻抗圆图。

另外，在下述的表3中，分别通过实测来求出了上述第1实施方式、第1以及第2比较例的弹性表面波装置的谐振频率下的Q值、反谐振频率下的Q值、针对相对带宽宽度以及谐振频率的TCF。

结果如下述的表3所示。

[表3]

在图2以及图3中，实线表示第1实施方式的结果，虚线表示第2比较例的结果，单点划线表示第1比较例的结果。

从图2以及图3明确可知，较之于第1比较例，根据第2比较例以及第1实施方式，峰谷比变大。此外，峰谷比表示反谐振频率下的阻抗相对于谐振频率下的阻抗之比，该值越高Q值越高，能构成插入损耗越小的滤波器。特别根据第1实施方式可知，较之于第2比较例，峰谷比进一步变大。另外，可知：较之于第2比较例，根据第1实施方式，能增大谐振频率与反谐振频率的频率差，即能增大相对带宽。

具体而言，从表3明确可知，根据第1实施方式，较之于第1比较例以及第2比较例，能提高谐振频率下的Q值，特别能大幅度提高反谐振频率下的Q值。即，可知：由于能构成Q值高的单端口型弹性表面波谐振器，因此能使用上述弹性表面波装置1来构成插入损耗小的滤波器。另外，相对带宽在第1比较例中为3.2％，在第2比较例中为4.1％。与此相对，在上述第1实施方式中，可知变宽至4.4％。

此外，从表3明确可知，由于形成了氧化硅膜，因此根据第1实施方式，较之于第1以及第2比较例，能大幅度地减小TCF的绝对值。

在图5以及图6中，单点划线表示第1实施方式，虚线表示第1比较例，实线表示第2比较例的FEM仿真的结果。FEM仿真设想单端口谐振器，以占空比＝0.5、公差幅度为20λ、对数为100对为前提。

与前述的实验结果同样地，在基于FEM的仿真结果中，从图6明确可知，较之于第1以及第2比较例，能提高Q值。

因此，从针对上述第1实施方式以及第1以及第2比较例的实验结果以及上述FEM的仿真结果可以明确，通过将由氧化硅构成的低声速膜4配置于由氮化铝构成的高声速膜3与由LiTaO₃构成的压电膜5之间，能确认可提高Q值的效果。如此，可提高Q值是由于，通过高声速膜3的形成来将弹性表面波能量有效地封入压电膜5以及低声速膜4以及高声速膜3内，而且通过低声速膜4的形成，可提高对弹性表面波能量泄漏至IDT电极外进行抑制的效果。

因此，如上所述，由于是将低声速膜4配置于压电膜5与高声速膜3之间所得到的效果，因此针对构成压电膜的材料，不限于上述38.5°Y切割LiTaO₃。即使在使用了其他的切割角的LiTaO₃的情况下，也能得到同样的效果。另外，即使在使用了LiTaO₃以外的LiNbO₃等的其他的压电单结晶或ZnO、AlN等的压电薄膜、PZT等的压电陶瓷的情况下，也能得到同样的效果。

另外，高声速膜3起到了将弹性表面波的能量的大部分封入在层叠了压电膜5以及低声速膜4的部分的作用。因此，氮化铝膜可以是C轴定向了的具有各向异性的膜，另外，不限于氮化铝膜，还能预想即使在使用了能构成前述的各种高声速膜3的材料的情况下也能得到同样的效果。

另外，低声速膜的氧化硅只要体波的声速比在压电膜进行传播的体波的声速低即可，不作特别限定。因此，构成低声速膜4的材料不限于氧化硅。由此，作为可构成前述的低声速膜4的材料，能使用例示的各种材料。

(第2实施方式)

作为第2实施方式，针对以下的构成的弹性表面波装置，以有限元法来仿真了其特性。电极构造设为与图1(b)同样。

IDT电极设为厚度0.08λ的Al膜。压电膜由38.5°Y切割的LiTaO₃构成，其厚度设为0～3λ的范围。低声速膜由氧化硅构成，其厚度设为0～2λ。高声速膜由氧化铝构成，其厚度设为1.5λ。支撑基板由矾土构成。

结果如图7～图10所示。

图7是表示LiTaO₃的膜厚、使用的模式即U2模式的声速、以及氧化硅膜的归一化膜厚的关系的图。另外，图8是表示LiTaO₃的膜厚、使用的模式即U2模式的机电耦合系数k²、以及氧化硅膜的归一化膜厚的关系的图。

从图7明确可知，较之于氧化硅膜的归一化膜厚的膜厚为0.0，即未形成氧化硅膜的情况，而通过形成氧化硅膜，在由LiTaO₃构成的压电膜的厚度跨0.05λ～0.5λ的宽范围，声速的偏差少。

另外，从图8可知，较之于未形成氧化硅膜的情况，通过形成氧化硅膜，即使在LiTaO₃膜的膜厚薄至0.35λ以下的情况下，也能够通过控制氧化硅膜的膜厚，将机电耦合系数k²提高至0.08以上。

图9是表示LiTaO₃膜的膜厚、频率温度系数TCV和氧化硅膜的归一化膜厚的关系的图。图10是表示LiTaO₃膜的膜厚、相对带宽和氧化硅膜的归一化膜厚的关系的图。

此外，TCF＝TCV-d。α表示传播方向上的线膨胀系数，在为LiTaO₃的情况下，约16ppm/℃。

从图9明确可知，通过形成氧化硅膜，较之于未形成氧化硅膜的情况，能进一步减小TCV的绝对值。此外，从图10明确可知，即使在由LiTaO₃构成的压电膜的膜厚薄至0.35λ以下的情况下，也能够通过调整氧化硅膜的膜厚，调整相对带宽。

另外，若氧化硅膜的厚度变得比2λ厚，则发生如下不良状况：产生应力，在弹性表面波装置发生翘曲，进而难以处理等。因此，氧化硅膜的厚度设为2λ以下为好。

现有技术中，公知通过使用在LiTaO₃上形成IDT、进而在IDT上形成氧化硅的层叠构造，从而能进一步减小弹性表面波装置中的TCF的绝对值。然而，从图11明确可知，在想要减小TCV的绝对值的情况下，即想要减小TCF的绝对值的情况下，未能兼顾相对带宽的扩大、以及TCF的绝对值的减小。与此相对，通过使用对高声速膜与低声速膜进行层叠而成的本发明的构造，能谋求TCF的绝对值的减小、相对带宽的扩大。参照图11以及图12来说明该情况。

图11是表示作为现有的弹性表面波装置，下述的第3～第5比较例的弹性表面波装置中的相对带宽与TCF的关系的图。

第3比较例：利用由Al构成的电极/42°Y切割的LiTaO₃的层叠构造、SH波。

第4比较例：利用氧化硅膜/Cu构成的电极/38.5°Y切割的LiTaO₃基板的层叠构造、SH波。

第5比较例：利用氧化硅膜/Cu构成的电极/128°Y切割的LiNbO₃基板的层叠构造、SV波。

从图11明确可知，在第3比较例～第5比较例当中的任一例中，TCF的绝对值均随着相对带宽BW变大而变大。

图12是表示在上述第2实施方式的各氧化硅膜厚的标准程度，使弹性表面波装置的LiTaO₃的归一化膜厚以0.1～0.5λ的范围进行了变化的情况下的相对带宽BW(％)、与频率温度系数TCV的关系的图。从图12明确可知，在本实施方式中，即使在增大了相对带宽BW的情况下，TCV的绝对值也不会变大。即，可知：通过调整氧化硅膜的膜厚，能增大相对带宽且减小频率温度系数TCV的绝对值。

即，可知：通过在由LiTaO₃构成的压电膜，层叠低声速膜4以及高声速膜3，尤其形成氧化硅膜作为低声速膜，能提高相对带宽宽、且温度特性良好的弹性波装置。

上述支撑基板2的线膨胀系数优选小于压电膜5的线膨胀系数。由此，在压电膜5的发热所带来的膨胀被支撑基板2限制。因此，能进一步改善弹性波装置的频率温度特性。

图13以及图14是表示在第2实施方式的构造中使由LiTaO₃构成的压电膜的厚度进行了变化的情况下的声速以及相对带宽的变化的各图。

从图13以及图14明确可知，在LiTaO₃的厚度为1.5λ以上的情况下，声速以及相对带宽几乎不发生变化。这是由于，弹性表面波的能量被封入在压电膜内，未分布在低声速膜4或高声速膜3侧，故而，低声速膜4或高声速膜3的效果消失。故压电膜的厚度进一步优选设为1.5λ以下。由此可认为能使弹性表面波的能量充分分布至低声速膜4，可得到更高的Q值。

从上述图7～图14的结果可知，通过调整由氧化硅膜的厚度以及LiTaO₃构成的压电膜的厚度，能在宽的范围内调整机电耦合系数。进而，可知在由LiTaO₃构成的压电膜的厚度为0.05λ～0.5λ的范围内能以更宽的范围来调整机电耦合系数。因此，期望由LiTaO₃构成的压电膜的厚度处于0.05λ～0.5λ的范围。

现有技术中，要调整机电耦合系数，需要调整进行使用的压电体的切割角。然而，若变更切割角即欧拉角，则声速、温度特性以及寄生特性等的其他的材料特性也会同时变化。因此，难以同时满足这些特性，设计的优化困难。

但是，从第2实施方式的上述结果明确可知，根据本发明，即使在将相同的切割角的压电单结晶用作了压电膜的情况下，通过调整氧化硅膜即低声速膜的厚度、以及压电膜的厚度，也能自由地调整机电耦合系数。由此，能大幅度提高设计的自由度。因此，易于同时满足声速、机电耦合系数、频率温度特性以及寄生特性等各种特性，能容易地提供期望的特性的弹性表面波装置。

(第3实施方式)

作为第3实施方式，制作了与第1实施方式同样的弹性表面波装置。其中，材料以及膜厚如下。

设为以厚度0.08λ的A1膜作为IDT电极6/厚度0.25λ的LiTaＯ₃膜作为压电膜4/厚度0～2λ的范围的氧化硅膜作为低声速膜4/高声速膜的层叠构造。作为高声速膜，使用了氮化硅膜、氧化铝膜以及金刚石。高声速膜3的膜厚设为1.5λ。

图15以及图16是分别表示第3实施方式中的氧化硅膜的膜厚、声速以及机电耦合系数k²的关系的图。

氮化硅膜的体波(S波)的声速是6000m/秒，氧化铝中的体波(S波)的声速是6000m/秒。另外，金刚石中的体波(S波)的声速是12800m/秒。

从图15以及图16明确可知，只要高声速膜4满足前述的高声速膜4的条件，则即使变更高声速膜4的材质以及氧化硅膜的膜厚，机电耦合系数以及声速也几乎不变化。特别地，关于机电耦合系数，可知若氧化硅膜的膜厚为0.1λ以上，则不管高声速膜的材质如何，氧化硅膜的膜厚都在0.1λ～0.5λ的范围内几乎不变化。另外，从图15可知，在氧化硅膜的膜厚为0.3λ以上、2λ以下的范围内，不管高声速膜的材质如何，声速都不变化。

由此可知，在本发明中，高声速膜的材质只要满足上述条件就不特别限定。

(第4实施方式)

在第4实施方式中，使压电膜的欧拉角(0°，θ，Ψ)变化，求取了以U2成分(SH成分)为主体的弹性表面波的机电耦合系数。

层叠构造设为IDT电极6/压电膜5/低声速膜4/高声速膜3/支撑基板2。作为IDT电极6，使用了厚度0.08λ的A1。作为压电膜，使用了厚度0.25λ的LiTaO₃。作为低声速膜4，使用了0.35λ的厚度的氧化硅。作为高声速膜3，使用了厚度1.5λ的氮化铝膜。作为支撑基板2，使用了玻璃。

在上述构造中，针对使压电膜的欧拉角(0°，θ，Ψ)的θ以及Ψ变化而成的众多弹性表面波装置，通过FEM来求取了机电耦合系数。其结果，证实了以U2成分(SH成分)为主体的模式的机电耦合系数k²成为2％以上的范围是图17所示的多个区域R1的范围内。此外，在欧拉角(0°±5，θ，Ψ)的范围内也变为了同样的结果。

即，若使用图17的多个区域R1的范围内的欧拉角的LiTaO₃，则以U2成分为主体的振动的机电耦合系数变为2％以上。由此可知，能使用本发明的弹性表面波装置来构成带宽宽的带通滤波器。

(第5实施方式)

以与第4实施方式相同的构造为前提，通过FEM来求取了以U3成分(SV成分)为主体的弹性表面波的机电耦合系数。而且，求取了以U2(SH成分)为主体的模式的机电耦合系数成为2％以上、且以U3(SV成分)为主体的模式的机电耦合系数成为1％以下的欧拉角的范围。结果如图18所示。只要处于图18所示的多个区域R2的范围内，则以U2(SH成分)为主体的模式的机电耦合系数为2％以上，且以U3成分(SV成分)为主体的模式的机电耦合系数为1％以下。因此，通过使用位于多个区域R2的范围内的欧拉角的LiTaO₃，能使进行利用的U2模式的机电耦合系数增大且使成为寄生的U3模式的机电耦合系数减小。因此，能构成具有更良好的滤波器特性的带通滤波器。

(第6实施方式)

与第2实施方式同样地，作为第6实施方式，针对以下的构成的弹性表面波装置进行了仿真。如下述的表4所示，以有限元法来针对在使低声速膜的横波声速和低声速膜的横波的固有声阻抗以10的标准程度发生了变化的情况下的以U2成分为主体的表面波的特性进行了仿真。此外，低声速膜的横波声速和固有声阻抗使低声速膜的密度以及弹性常数发生了变化。另外，表4中未记载的低声速膜的材料常数全部使用了氧化硅的材料常数。

[表4]

此外，在表4中，1.11E+03表示1.11×10³。即aE+b表示a×10^b。

电极构造设为与图1(b)同样，弹性表面波装置的构造设为IDT电极/压电膜/低声速膜/高声速膜/支撑基板的层叠构造。IDT电极设为厚度0.08λ的A1膜。压电膜由40°Y切割的LiTaO₃构成。在该压电膜的厚度为0.1λ、0.4λ、0.6λ的情况下，分别计算了表4所示的“10”的标准程度。低声速膜的厚度设为0.4λ。高声速膜由氧化铝构成，其厚度设为1.5λ。支撑基板由矾土基板构成。

图19(a)～(c)是表示第6实施方式中的、低声速膜的固有声阻抗与相对带宽的关系的图。图中的各标准程度表示在低声速膜的横波声速发生了变化的情况下的举动，各标准程度的相对带宽以在压电膜的固有声阻抗为与低声速膜的固有声阻抗相同的情况下的相对带宽进行了归一化。固有声阻抗由体波的声速与媒质的密度之积来表示，在第6实施方式的情况下，压电膜的体波是SH体波，声速是4212m/s，密度是7.454×10³kg/m³，因此压电膜的固有声阻抗成为3.14×10⁷N·s/m³。此外，关于在计算低声速膜以及压电膜的固有声阻抗时使用的体波的声速，其相对于所述表1以及表2的左轴的弹性表面波的主模式，通过所述表1以及表2的右轴的体波的模式来决定。

另外，图20(a)～(c)是表示第6实施方式中的、低声速膜的横波的固有声阻抗与进行传播的弹性表面波的声速的关系的图。

从图19(a)～(c)可知，不管压电膜的厚度如何，低声速膜的固有声阻抗越小于压电膜的固有声阻抗，相对带宽变得越大。这是由于，低声速膜的固有声阻抗小于压电膜的固有声阻抗，针对一定的应力的压电膜的位移进一步变大，从而使更大的电荷产生，将等效地得到更大的压电性。即，由于是仅根据固有声阻抗的大小所得到的效果，因此与弹性表面波的振动模式或压电膜的种类或低声速膜的种类无关，在低声速膜的固有声阻抗小于压电膜的固有阻抗的情况下，能得到更大的相对带宽的弹性表面波元件。

在本发明的第1～第6实施方式中，从上起，将IDT电极6、压电膜5、低声速膜4、高声速膜3、支撑基板2以该顺序来进行了层叠。而在对进行传播的弹性表面波或边界波没有大的影响的范围内，各层之间可以存在Ti或NiCr等的粘合层、基底膜或任意的媒质，在此情况下，也得到同样的效果。例如，在压电膜5与低声速膜4之间可以形成较之于表面波的波长而足够薄的新的高声速膜，能够得到同样的效果。另外，在高声速膜3与支撑基板2之间，未分布主要利用的弹性表面波的能量。由此，在高声速膜3与支撑基板2之间，无论以何种厚度形成何种媒质，均得到同样的效果。

以下的第7以及第8实施方式是关于还具备这样的媒质层的弹性表面波装置的实施方式。

(第7实施方式)

在图23所示的第7实施方式所涉及的弹性表面波装置21中，媒质层22层叠于支撑基板2与高声速膜3之间。其他的构成与第1实施方式同样。因此，援用第1实施方式的说明。由此，在弹性表面波装置21中，从上起依次，将IDT电极6、压电膜5、低声速膜4、高声速膜3、媒质层22以及支撑基板2按该顺序进行了层叠。

作为媒质层22，可以使用电介质、压电体、半导体或金属等当中的任一种材料。即使在此情况下，也能得到与第1实施方式同样的效果。而在媒质层22由金属构成的情况下，能减小相对带宽。因此，在相对带宽小的用途中，优选媒质层22由金属构成。

(第8实施方式)

在图24所示的第8实施方式的弹性表面波装置23中，在支撑基板2与高声速膜3之间，层叠有媒质层22以及媒质层24。即，从上起依次，将IDT电极6、压电膜5、低声速膜4、高声速膜3、媒质层22、媒质层24以及支撑基板2按该顺序进行了层叠。媒质层22以及媒质层24以外，设为与第1实施方式同样的构成。

媒质层22、24可以使用电介质、压电体、半导体或金属等当中的任一种材料。即使是该情况，在第8实施方式中，也能得到与第1实施方式的弹性表面波装置同样的效果。

在本实施方式中，在分别制作了由压电膜5、低声速膜4、高声速膜3以及媒质层22构成的层叠构造、以及由媒质层24以及支撑基板2构成的层叠构造后，对两层叠构造进行接合。此后，在压电膜5上形成IDT电极6。由此，能不依赖于在制作各层叠构造时的制造上的制约条件而得到本实施方式的弹性表面波装置。因此，能提高选择构成各层材料的自由度。

在上述2个层叠构造的接合时，能使用任意的接合方法。作为这样的接合构造，能使用亲水性接合、活性化接合、原子扩散接合、金属扩散接合、阳极接合、基于树脂或SOG的接合等的各种方法。另外，2个层叠构造间的接合界面较之于高声速膜3，位于压电膜5的相反侧。因此，在高声速膜3下方的未分布进行利用的主要的弹性表面波的能量的部分，存在上述接合界面。由此，弹性表面波传播特性不受上述接合界面的质量影响。因此，能得到稳定且良好的谐振特性或滤波器特性。

(第9实施方式)

在图25所示的弹性表面波装置31中，从上起依次，将IDT电极6、压电膜5、低声速膜4、以及还作为高声速膜发挥功能的高声速支撑基板33以该顺序进行了层叠。即，高声速支撑基板33兼用作为第1实施方式中的高声速膜3和支撑基板2两者。因此，高声速支撑基板33的体波声速设为比在压电膜5进行传播的弹性表面波的声速高。由此，能得到与第1实施方式同样的效果。并且，由于高声速支撑基板33兼高声速膜以及支撑基板，因此能谋求部件数的减少。

(第10实施方式)

作为第10实施方式，通过FEM来对作为弹性表面波装置的单端口型弹性表面波谐振器中的Q值与频率的关系进行了仿真。

在此，作为第1实施方式，即图1中以示意的正面截面图所示的弹性表面波装置，设想了以下的构造。

从上起依次，设成为将由厚度0.1λ的A1构成的IDT电极6/由50°Y切割的LiTaO₃膜构成的压电膜/作为低声速膜的SiO₂膜/作为高声速膜的厚度1.5λ的氮化铝膜/厚度0.3λ的SiO₂膜/由矾土构成的支撑基板以该顺序进行了层叠的构造。在该仿真中，使作为压电膜的LiTaO₃膜的膜厚变化为0.15λ、0.20λ、0.25λ或0.30λ。另外，使作为低声速膜的SiO₂膜的膜厚以0～2λ的范围进行了变化。

此外，IDT电极的占空比设为0.5，电极指交差宽度设为20λ，电极指的对数设为100对。

为了比较，从上起依次，准备了将由厚度0.1λ的A1构成的IDT电极/38.5°Y切割的LiTaO₃基板以该顺序进行了层叠的单端口型弹性表面波谐振器。即，在该比较例中，在厚度350μm的38.5°Y切割的LiTaO₃基板上形成了具有由A1构成的IDT电极的电极构造。

针对上述第10实施方式以及比较例的弹性表面波装置，通过基于FEM的仿真来求取了Q值与频率的关系。将单端口谐振器的阻抗最小的谐振频率、以及阻抗最大的反谐振频率的频率范围内最大的Q值设为Q_max值。Q_max值越大，则表示越是低损耗。

上述比较例的Q_max值是857。上述实施方式中的LiTaO₃的膜厚、SiO₂的膜厚、以及Q_max的关系如图26所示。

从图26明确可知，在LiTaO₃为0.15λ、0.20λ、0.25λ以及0.30λ当中的任一者的情况下，在由SiO₂构成的低声速膜的膜厚超过0时，Q_max值提高。另外，可知：相对于上述比较例，在上述第10实施方式中，在任一情况下，有效地提高了Q_max值。

(制造方法的实施方式)

第1实施方式所涉及的弹性波装置如前所述，在支撑基板2上具备：高声速膜3、低声速膜4、压电膜5以及IDT电极6。这样的弹性波装置的制造方法不作特别限定。但通过使用下述的利用了离子注入法的制造方法，能容易地得到具有厚度薄的压电膜的弹性波装置1。参照图21以及图22来说明该制造方法的实施方式。

首先，如图21(a)所示，准备压电基板5A。压电基板5A在本实施方式中由LiTaO₃构成。从压电基板5A的单面注入氢离子。所注入的离子不限于氢，还可以使用氦等。

尽管离子注入时的能量不作特别限定，但在本实施方式中设为107KeV，剂量(dose amount)设为8×10¹⁶原子/cm²。

若进行离子注入，则在压电基板5A内，在厚度方向上产生离子浓度分布。离子浓度最高的部分在图21(a)中以虚线来表示。在虚线所示的离子浓度最高的部分即注入离子高浓度部分5a，若如后所述进行加热，则因应力而容易分离。通过这样的注入离子高浓度部分5a来进行分离的方法公开在日本特表2002-534886号中。

在该工序中，在上述注入离子高浓度部分5a，分离压电基板5A，得到压电膜5。压电膜5是从注入离子高浓度部分5a至开始了离子注入的压电基板面之间的层。此外，有时还对压电膜5进行抛光等的加工。因此，从上述注入离子高浓度部分5a起到离子注入侧的压电基板面为止的距离设为与最终形成的压电膜的厚度相等或者比该厚度大若干的尺寸即可。

接下来，如图21(b)所示，在压电基板5A的进行了离子注入一侧的面，使低声速膜4成膜。此外，可以通过转印法等将预先形成的低声速膜粘接至压电基板5A。

接下来，如图21(c)所示，在低声速膜4的与压电基板5A为相反侧的面，使高声速膜3成膜。针对高声速膜3，也与成膜法无关，可以通过转印法等将高声速膜粘接至低声速膜4。

进而，如图21(d)所示，对高声速膜3露出的面，即与低声速膜4为相反侧的面进行镜面加工。通过镜面加工，能强化后述的支撑基板与高声速膜的接合强度。

此后，如图21(e)所示，将支撑基板2接合至高声速膜3。

作为低声速膜4，遵照上述第1实施方式而使用氧化硅膜。另外，作为高声速膜3，使用氮化铝膜。

接下来，如图22(a)所示，在加热后，在压电基板5A当中，使比注入离子高浓度部分5a更位于上方的压电基板部分5b分离。如前所述，若通过加热，经由上述注入离子高浓度部分5a来施加应力，则压电基板5A变得易于分离。针对在此情况下的加热温度，设为250℃～400℃左右即可。

在本实施方式中，通过该加热分离来得到厚度500nm的压电膜5。如此，如图22(b)所示，得到将压电膜5层叠于低声速膜4上的构造。此后，为了使压电性恢复，进行以400℃～500℃的温度维持3时间左右的加热处理。根据需要，可以在该加热处理前，对分离后的压电膜5的上表面进行抛光。

此后，如图22(c)所示，形成包含IDT电极6的电极。电极形成方法不作特别限定，能通过蒸镀、镀敷或溅镀等的适当的方法来进行。

根据本实施方式的制造方法，通过上述分离，能容易且均一厚度地形成欧拉角倾斜了的压电膜5。

(第11实施方式)

在第1实施方式中，将IDT电极6/压电膜5/低声速膜4/高声速膜3/支撑基板2从上起依次以该顺序进行了层叠。在本发明中，像图27所示的第11实施方式的弹性表面波装置41那样，可以按照覆盖IDT电极6的方式层叠电介质膜42。通过层叠这样的电介质膜42，能调整频率温度特性，提高耐湿性。

(第12实施方式)

在上述的各实施方式中说明了弹性表面波装置，但本发明还能应用于弹性边界波装置等的其他的弹性波装置，即使是该情况，也能得到同样的效果。图28是表示作为第12实施方式的弹性边界波装置43的示意的正面截面图。在此，在压电膜5的下方，从上起依次层叠有低声速膜4/高声速膜3/支撑基板2。该构造与第1实施方式同样。而且，为了激发弹性边界波，在压电膜5与层叠于压电膜5上的电介质44的界面，形成有IDT电极6。

另外，图29是所谓的三媒质构造的弹性边界波装置45的示意的正面截面图。在此，相对于在压电膜5的下方层叠有低声速膜4/高声速膜3/支撑基板2的构造，在压电膜5与电介质膜46的界面也形成有IDT电极6。进而，在电介质46上层叠有横波声速比电介质46更快的电介质47。由此，构成了所谓的三媒质构造的弹性边界波装置。

像弹性边界波装置43、45那样，在弹性边界波装置中，也与第1实施方式的弹性表面波装置1同样，通过在压电膜5的下方层叠由低声速膜4/高声速膜3构成的层叠构造，能得到与第1实施方式同样的效果。

符号说明

1…弹性表面波装置

2…支撑基板

3…高声速膜

4…低声速膜

5…压电膜

5A…压电基板

5a…注入离子高浓度部分

6…IDT电极

7、8…反射器